Μια θεωρία με πολλή αβεβαιότητα-Κβαντική Θεωρία

"Αυτός ο κόσμος, ο μικρός ο Μέγας"   Άξιον Εστί
Οδυσσέας Ελύτης
Quantum=μικρή ποσότητα
Κβάντωση σημαίνει ότι μια φυσική ποσότητα πχ η ενέργεια μπορεί να πάρει μόνο συγκεκριμένες τιμές.
Στο μακρόκοσμο η ενέργεια δεν είναι κβαντισμένη μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή. 
Στο τέλος του 18ου αιώνα η εκπομπή θερμικής ακτινοβολίας  ερμηνεύοταν με βάση την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του James  Maxwell ( 1831 – 1879).
Η θερμική ακτινοβολία  είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από τις ταλαντώσεις των ατόμων της πηγής θερμότητας.Η συχνότητα  ταλάντωσης των ατόμων καθορίζει και τη συχνότητα της ακτινοβολίας.Η θερμή πηγή εκπέμπει ενέργεια που λογικά θα έπρεπε να κατανέμεται ισομερώς σε όλες τις συχνότητες της ακτινοβολίας που εκπέμπει ένα θερμό σώμα.
Τα πειραματικά αποτελέσματα όμως δείχνουν άλλη εικόνα .Η ενέργεια που εκπέμπεται δεν κατανέμεται ισομερώς.Yπήρχαν και άλλα πειραματικά δεδομένα που η κλασική ηλεκτρομαγνητική θεωρία αδυνατούσε να ερμηνεύσει,όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και το φαινόμενο σκέδασης των ακτίνων Χ(φαινόμενο Compton).
Μια νέα θεωρία γεννιέται  όταν δημιουργούνται αντιφάσεις μεταξύ της πραγματικότητας και της θεωρίας.
Το 1900 ο Max Plank που θεωρείται ο πατέρας της κβαντικής θεωρίας ερμήνευσε την εκπομπή της ακτινοβολίας από τα θερμά σώματα κάνοντας  δύο επαναστατικές υποθέσεις.
1)Η ενέργεια των ατόμων δεν μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή .Μπορεί να πάρει μόνο διακριτές(κβαντισμένες ) τιμές.
Η θερμική ενέργεια δεν ρέει συνεχώς όπως το νερό,αλλά ασυνεχώς σαν να εκπέμπονται μπαλάκια ενέργειας από τη θερμή πηγή.
2)Το ποσό της ενέργειας που μπορεί να εκπέμψει ένα άτομο ή να απορροφήσει με μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας  ,μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές.
Ο Αϊνστάιν αποδέχθηκε τη θεωρία του Plank και ερμήνευσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.
Σύμφωνα με τη κβαντική θεώρηση η διακριτή τιμή και η στοιχειώδης ποσότητα που δεν διαιρείται ονομάζεται κβάντουμ.
Η φωτεινή πηγή εκπέμπει κβάντα φωτός,τα φωτόνια.
Τα φωτόνια είναι σωματίδια με μάζα μαι ορμή.
Το φως όμως είναι και ηλεκτρομαγνητικό κύμα.
Η κβαντική θεωρία δέχεται το παράδοξο της συνύπαρξης της σωματιδιακής και κυματικής φύσης του φωτός.
Είκοσι χρόνια αργότερα από την  υπόθεση Αινστάιν ότι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα όπως το φως έχει και σωματιδιακή υπόσταση,ο Luis de Broglie τo 1924 πιστεύοντας στην ομοιόμορφη συμπεριφορά τη φύσης,διατύπωσε την άποψη  ότι οποιοδήποτε κινούμενο σωματίδιο έχει και κυματική φύση.Η υπόθεση de Broglie επιβεβαιώθηκε με το πείραμα σκέδασης  ηλεκτρονίων που κινούνται με μεγάλη ταχύτητα.Σύντομα απεδείχθη ότι και άλλα σωματίδια όπως τα πρωτόνια ,νετρόνια έχουν κυματική συμπεριφορά.
Η ύλη στη κβαντική θεωρία παρουσιάζει κυματοσωματιδιακό δυϊσμό ,ένα δεδομένο  πειραματικά πολύ καλά  θεμελιωμένο .
Αυτή η θεώρηση δημιουργεί ένα σημαντικό πρόβλημα.Η σωματιδιακή φύση υπαγορεύει ότι η θέση του μπορεί να προσδιοριστεί αυστηρά στο χώρο.Αντίθετα ένα κύμα εκτείνεται στο χώρο.
Η απάντηση της κβαντομηχανικής είναι ακατανόητη "δεν μπορούμε να γνωρίζουμε που ακριβώς βρίσκεται"το σωματίδιο.
Η αδυναμία προσδιορισμού της θέσης και της ταχύτητας είναι σύμφυτη με τη κβαντική δομή της ύλης,δεν έχει σχέση με την ικανότητα του πειράματος ή του ερευνητή να προσδιορίσει τα μεγέθη.
Ο Erwin Schrödinger το 1925 διατύπωσε μια μαθηματική εξίσωση ,την περίφημη Κυματοσυνάρτηση Ψ  θέσης και χρόνου που περιγράφει το σωματίδιο-κύμα.Με αυτή τη κυματοσυνάρτηση υπολογίζεται η πιθανότητα εύρεσης του σωματιδίου ανά μονάδα όγκου και όχι η ακριβής θέση.
Ο Werner Heisenberg το 1927 διατύπωσε την αρχή της αβεβαιότητας:
"Δεν είναι δυνατόν να μετρήσουμε τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου με απεριόριστη ακρίβεια."Η αρχή της αβεβαιότητας αμφισβητεί την αιτιοκρατία (ντετερμινισμός).Καθορισμένες συνθήκες δεν οδηγούν σε ορισμένο προβλέψιμο αποτέλεσμα.Εισάγεται η έννοια του πιθανότερου αποτελέσματος μεταξύ διαφόρων δυνατών αποτελεσμάτων.
Ένα από τα παράδοξα της κβαντομηχανικής είναι το φαινόμενο σήραγγας .Στο φαινόμενο αυτό ένα σωμάτιο παγιδευμένο μέσα σε ένα φραγμό δυναμικού υπάρχει πιθανότητα να βρεθεί εκτός του πηγαδιού ακόμη και εαν δεν έχει την απαραίτητη ενέργεια. Πως θα φαινότανε ένα μπαλάκι του γκολφ να βγαίνει από τη τρύπα χωρίς να έχει κατάλληλη ταχύτητα?Aν το φαινόμενο σήραγγας εφαρμόζοταν στο επίπεδο των ανθρωπίνων διαστάσεων ,ο άνθρωπος είναι παγιδευμένος στο χώρο λόγω του πεδίου βαρύτητας θα μπορούσε να δραπετεύσει ακόμα και εαν δεν έχει τη κατάλληλη ενέργεια?Επιστημονική φαντασία προς το παρόν.
Στο οικοδόμημα της κβαντομηχανικής συμμετείχε και ο Δανός Φυσικός Niels Bohr ( Βραβείο Νobel  το 1922) σε αυτόν οφείλεται η κβάντωση του χώρου.Σύμφωνα με το Bohr τα ηλεκτρόνια στο άτομο  κινούνται σε καθορισμένες επιτρεπόμενες τροχιές.Η άποψη αυτή είναι παράλογη ,αν την επεκτείνουμε στο κόσμο των αισθήσεων μας σημαίνει ότι η φύση δεν επιτρέπει πχ οποιοδήποτε ύψος κτιρίων,μόνο συγκεκριμένα ύψη επιτρέπονται.  Όλοι οι χώροι θα έχουν ορισμένες επιτρεπόμενες διαστάσεις.Στο εσωτερικό του ατόμου τα  περιφερόμενα σε τροχιές ηλεκτρόνια έχουν όλες τις ιδιότητες τους κβαντισμένες ,όπως το φορτίο,την ενέργεια,την στροφορμή που ονομάζεται spin.
H κατάσταση ενός ηλεκτρονίου περιγράφεται από τέσσερις κβαντικούς αριθμούς.
Ο Wolfgang Pauli το 1925  διατύπωσε μια "απαγορευτική αρχή "ότι κανένα ηλεκτρόνιο δεν έχει και τους τέσσερις κβαντικούς αριθμούς ίδιους.
Η κβαντική θεώρηση της φύσης έχει ασυνέχεια ,απαγορεύσεις,περιορισμούς που εκφράζονται μέσω των κβαντικών αριθμών.
Μεταξύ του κόσμου των αισθήσεων μας (μακρόκοσμος) και του μικρόκοσμου (άτομα,υποατομικά σωματίδια) υπάρχει φαινομενικά μεγάλη διαφορά στους νόμους της φύσης.Η φύση όμως είναι ενιαία δεν μπορεί να έχει διαφορετικούς νόμους .Βασικό αξίωμα της επιστημονικής σκέψης είναι η καθολική ισχύς των νόμων.Η εξήγηση που δόθηκε είναι ότι οι νόμοι της φύσης είναι οι νόμοι της κβαντικής φυσικής οι οποίοι εκφυλίζονται σαν οριακή περίπτωση στο μακρόκοσμο.(Αρχή της αντιστοιχίας)
Ο κύριος κβαντικός αριθμός  n που περιγράφει μια κβαντική ιδιότητα πχ την ενέργεια παίρνει ακέραιες τιμές 1,2,3,4,5......Oι μικροί αριθμοί από 1 έως 7 περιγράφουν διακεκριμένες τιμές της ιδιότητας στο μικρόκοσμο ,όσο αυξάνει η τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού και τείνει στο άπειρο οι τιμές της ιδιότητας παύουν να είναι διακριτές και γίνονται συνεχής στο μακρόκοσμο.
Η κβαντική θεωρία είναι ασύμβατη με τη κοινή λογική ,δημιουργήθηκε στη προσπάθεια να ερμηνευτεί η φαινομενική συμπεριφορά της ύλης,δημιουργήθηκε για να περιγράψει μια μη ορατή στις αισθήσεις μας πραγματικότητα.Η κβαντομηχανική επί  έναν αιώνα βρίσκεται σε διαρκή έλεγχο μέσω πειραματισμού αλλά δεν έχει διαψευστεί.
Δεν είναι απόλυτα βέβαιο ότι περιγράφει τη πραγματικότητα του μικρόκοσμου,αφού από μόνη της έχει την αβεβαιότητα και την απροσδιοριστία.
  Σημείωση: H εικόνα δείχνει τα σωματίδια που παράγονται από το σημείο σύγκρουσης δύο ιόντων χρυσού. Διακρίνονται ακτινικά οι τροχιές  που χαράσσουν ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια στο μαγνητικό πεδίο του ανιχνευτή.

Τα άνθη του χειμώνα και μια γατούλα

Ανθισμένες Μυγδαλιές από χωριό της Μαντινείας -Αρκαδία, υψόμετρο 750 μέτρα.
Το κλίμα σκληρό,το έδαφος πετρώδες, φτωχό, μόνο η αμυγδαλιά αντέχει.
Εδώ η φύση δεν οργιάζει είναι λιτή και αυστηρή.

Όπως  η φύση και οι άνθρωποι σοβαροί ,λιγομίλητοι,σκληροτράχηλοι.
Ο δρόμος του χωριού με φόντο τις αμυγδαλιές.(κλικ στις φωτο)

 Ανθίζει με τα ολόλευκα άνθη της στη καρδιά του χειμώνα.

" και εσύ τρελή αμυγδαλιά που ανθίζεις το Γενάρη"

Ο Άγιος Νικόλαος

Ερείπια από πετρόκτιστα σπίτια που η μετανάστευση και η αστυφιλία ερήμωσαν.

 

Μια μελαγχολική γατούλα στο χωριό.

 

Στο χωριό οι ρίζες  της οικογενειακής μας μυγδαλιάς.

 

Άγριες Ανεμώνες από τη Πεντέλη

Λουλούδι της φύσης,με γνήσιο σπόρο που δημιουργήθηκε στη Πεντέλη πριν 60 εκατομμύρια χρόνια στην Αλπική πτύχωση κατά το Καινοζωικό αιώνα.

Η ΗΛΙΚΙΑ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ

Από τις πιό ενδιαφέρουσες διηγήσεις που διεγείρουν την ανθρώπινη φαντασία είναι η εξιστόρηση της εξέλιξης του σύμπαντος από τη στιγμή της δημιουργίας του μέχρι σήμερα.Όπως είναι φανερό μιλώντας για την ιστορία του σύμπαντος θεωρούμε δεδομένο ότι το σύμπαν είχε μια συγκεκριμένη αρχή γέννησης ,όπως ακριβώς ένα παιδί.Ως εκ τούτου μια συγκεκριμένη και πρακτικά μετρήσιμη ηλικία,δηλαδή μια χρονική περίοδο ύπαρξης.
Η έννοια της ηλικίας του σύμπαντος είναι ένα πλαστό κατασκεύασμα της ανθρώπινης επιστήμης και δεν ανταποκρίνεται στην ουσία της πραγματικότητας.
Η απόδειξη της αλήθειας είναι πολύ εύκολη.
Σύμφωνα με τη θεωρία της μεγάλης έκρηξης ,το σύμπαν από τη στιγμή της έκρηξης άρχισε να διαστέλλεται ,που σημαίνει όταν αυξάνεται η ακτίνα του σύμπαντος ταυτόχρονα μεταβάλλεται η καμπυλότητα του χώρου και η πυκνότητα της ύλης.Αυτό σημαίνει σύμφωνα με τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας μεταβολή εκείνης της ποσότητας που σήμερα την ονομάζουμε  δευτερόλεπτο χρόνου,δηλαδή η διάρκεια του δευτερολέπτου κατά της διάφορες περιόδους της ζωής του σύμπαντος διαρκούσε περισσότερο ή λιγότερο ανάλογα με τη πυκνότητα της ύλης και τη καμπυλότητα του χώρου.
Δεχόμαστε ότι κατα τις πρώτες στιγμές η πυκνότητα και η καμπυλότητα του χώρου ήταν άπειρη, επομένως η διάρκεια του δευτερολέπτου ήταν άπειρη.
Τι εννοούμε λοιπόν όταν αναφερόμαστε στη ηλικία του σύμπαντος σχεδόν τίποτα.
Αφού η ηλικία αυτή είναι ένα άθροισμα δευτερολέπτων διαφορετικής διάρκειας,όπου η αρχική διάρκεια είναι άπειρη.
Η συζήτηση λοιπόν της ηλικίας του σύμπαντος μόνο φιλοσοφική αξία μπορεί να έχει.
Αυτό γίνεται για να επιβεβαιωθεί πλαστά ,η κοινή ανθρώπινη αντίληψη ότι η Νευτώνια Φυσική και η Ευκλείδια Γεωμετρία συνεχίζουν να κυριαρχούν στην ερμηνεία των μεγάλων κοσμικών δομών της ύλης που είναι το σύμπαν.
Γνωρίζουμε όμως ότι από το 1905 που ο Αϊνστάιν δημιούργησε τη Γενική Θεωρία τηςΣχετικότητας δεν ισχύει η αντίληψη αυτή.
Οταν λοιπόν σήμερα λέμε ηλικία του σύμπαντος ,δεν είναι η ηλικία του σύμπαντος από την υποτιθέμενη έναρξη του σύμπαντος που μπορεί να μην υπάρχει ,αλλά την ηλικία των αρχαιοτέρων αστέρων που αρχίζει από τη στιγμή της δημιουργίας τους και δεν ταυτίζεται με την στιγμή της μεγάλης έκρηξης.
Αυτή η ηλικία βρέθηκε να είναι περίπου 13,5 δισεκατομύρια χρόνια.
Το 1920 ο Εdwin Hubble ανακάλυψε τη διαστολή του σύμπαντος, βρήκε ότι οι γαλαξίες απομακρύνονται με ταχύτητα , που είναι ανάλογη της απόστασης τους από τη Γη.
Η απόσταση των γαλαξιών βρίσκεται μέσω των κηφείδων αστέρων .Οι κηφείδες αστέρες έχουν μεταβλητή λαμπρότητα ,από τη περίοδο της μεταβολής υπολογίζουμε την απόσταση τους και επομένως και την απόσταση του γαλαξία .Έτσι βρέθηκε η ηλικία του σύμπαντος μεταξύ 7 και 20 δισ. χρόνια.Τα επίγεια τηλεσκόπια αδυνατούσαν να παρατηρήσουν λόγω της ατμόσφαιρας απομακρυσμένους κηφείδες γαλαξιών.Όταν τοποθετήθηκε στο διάστημα το τηλεσκόπιο Ηubble βρέθηκαν γαλαξίες σε μεγαλύτερες αποστάσεις ,οπότε υπολογίστηκε η ηλικία του σύμπαντος με μεγαλύτερη ακρίβεια.                                Γαλαξίας ΝGC 4603
Το 1996-1997 οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν 50 κηφείδες στο γαλαξία NGC4603 προσδιορίζοντας την  απόσταση του 108 εκατομμύρια έτη φωτός.Αυξάνοντας και την ακρίβεια υπολογισμού της ηλικίας του σύμπαντος.
Η ηλικία αυτή επιβεβαιώθηκε και με άλλη μέθοδο.
Το 2003 χαρτογραφήθηκε η ακτινοβολία που εκπέμπεται από όλα τα σημεία του ουρανού και δημιουργήθηκε πριν δημιουργηθούν τα αστέρια.
Αυτή η ακτινοβολία που λέγεται κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου(CMB),είναι απομεινάρι της θερμότητας από τη μεγάλη έκρηξη.
Η ανίχνευση αυτής της ακτινοβολίας είναι από τα μεγαλύτερa επιτεύγματα της Ραδιοαστρονομίας .
Σύμφωνα λοιπόν με τις εκτιμήσεις που έγιναν από αυτή  την ακτινοβολία η ηλικία του σύμπαντος είναι 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια με αβεβαιότητα 200 εκατομμύρια χρόνια.

Εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble: Διπλός γαλαξίας NGC5194 σπειροειδής με διάμετρο 60000 έτη φωτός  και ο σφαιρικός NGC5195.Απόσταση ζεύγους 31 εκατομμύρια έτη φωτός.
Πηγές:1)Στράτος Θεοδοσίου Καθηγητής Πανεπιστημίου-Αστροφυσικός,Σειρά διαλέξεων
           2)Ιστοσελίδα της NASA
           3)wikipedia

ΦΑΡΟΙ

H Φωτογραφία της χρονιάς

Η συγκεκριμένη εικόνα, συγκεντρώνει πολλές πιθανότητες  να ψηφιστεί ως η φωτογραφία της χρονιάς.

Δείχνει μιά μητέρα, η οποία από το ένα στήθος θηλάζει το μωρό της και από το άλλο ένα νεογέννητο πιθηκάκι.

Στη λεζάντα της, η φωτογραφία που δημοσιεύθηκε στον ινδικό τύπο, αναγράφει:

"Μόνο όποιος είναι φτωχός και ξέρει τι θα πει πείνα ενεργεί με τόση γενναιοδωρία...Τι θλιβερό που ο άνθρωπος δεν είναι πάντα έτσι"

 Πηγή:Pressonice

 

Γαλαξίες

Αυτό καλείται το Hubble Ultra Deep Field. Άρχισε στα τέλη του 2003 όταν από ένα μικροσκοπικό, σχετικά κενό του ουρανού, μας δόθηκε η δυνατότητα να παρατηρήσουμε για 12 σχεδόν ολόκληρες ημέρες περίπου 10.000 γαλαξίες.Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble (HST) είναι ένα διαστημικό τηλεσκόπιο που τέθηκε σε τροχιά από το διαστημικό λεωφορείο τον Απρίλιο του 1990. Πήρε το όνομα του από τον Αμερικανό αστρονόμο Edwin Powell Hubble (1889-1953).
Ο Hubble άλλαξε την αντίληψη μας για το σύμπαν,  αποδεικνύοντας την ύπαρξη άλλων γαλαξιών πέρα από το Γαλαξία που ανήκει το Ηλιακό σύστημα.Ανακάλυψε ότι ο βαθμός  μετατόπισης προς το ερυθρό του φάσματος,του φωτός που έρχεται από τους Γαλαξίεs αυξάνει ανάλογα με την απόσταση τους από τη Γη. Αυτό έγινε γνωστό ως νόμος του  Ηubble και σημαίνει  ότι  οι γαλαξίες  απομακρύνονται από το παρατηρητή με ταχύτητα που είναι ανάλογη της απόστασης τους από τη Γή ,άρα το σύμπαν διαστέλλεται.